1、第2章 可編程序控制器的結構和工作原理第2章 可編程序控制器的結構和工作原理2.1 可編程序控制器的組成與基本結構可編程序控制器的組成與基本結構2.2 可編程序控制器的工作過程與工作原理可編程序控制器的工作過程與工作原理2.3 可編程序控制器的編程語言和程序結構可編程序控制器的編程語言和程序結構第2章 可編程序控制器的結構和工作原理2.1 可編程序控制器的組成與基本結構可編程序控制器的組成與基本結構 PLC是微機技術和繼電器常規控制概念相結合的產物，是是微機技術和繼電器常規控制概念相結合的產物，是在程序控制器、在程序控制器、1位微處理機控制器和微機控制器的基礎上發展位微處理機控制器和微機控制器

2、的基礎上發展起來的新型控制器。從廣義上講，起來的新型控制器。從廣義上講，PLC是一種計算機系統，只是一種計算機系統，只不過它比一般計算機具有更強的與工業過程相連接的輸入不過它比一般計算機具有更強的與工業過程相連接的輸入/輸出輸出接口，具有更適用于控制要求的編程語言，具有更適應于工業接口，具有更適用于控制要求的編程語言，具有更適應于工業環境的抗干擾性能。因此，環境的抗干擾性能。因此，PLC是一種工業控制用的專用計算是一種工業控制用的專用計算機，它的實際組成與一般微型計算機系統基本相同，也是由硬機，它的實際組成與一般微型計算機系統基本相同，也是由硬件系統和軟件系統兩大部分組成。件系統和軟件系統兩大

3、部分組成。 第2章 可編程序控制器的結構和工作原理2.1.1 可編程序控制器的硬件系統可編程序控制器的硬件系統PLC的硬件系統由主機系統、輸入的硬件系統由主機系統、輸入/輸出擴展環節及外部設備組成。輸出擴展環節及外部設備組成。 1. 主機系統主機系統 PLC結構示意圖主機電源微處理器(CPU)運算器控制器輸入單元存儲器EPROM(系統程序)RAM(用戶程序)外設I/O接口I/O擴展接口用戶輸入設備輸出單元用戶輸出設備I/O擴展接口PLC或上位計算機圖形監控系統EPROM寫入器打印機盒式磁帶機編程器外部設備第2章 可編程序控制器的結構和工作原理PLC的基本組成的基本組成第2章 可編程序控制器的結

4、構和工作原理 （1） 微處理器單元（微處理器單元（Central Processing Unit，CPU）。）。CPU是是PLC的核心部分，它包括微處理器和控制接口電路。微處的核心部分，它包括微處理器和控制接口電路。微處理器是理器是PLC的運算控制中心，由它實現邏輯運算，協調控制系統的運算控制中心，由它實現邏輯運算，協調控制系統內部各部分的工作。它的運行是按照系統程序所賦予的任務進行內部各部分的工作。它的運行是按照系統程序所賦予的任務進行的。的。CPU的具體作用如下：的具體作用如下： 接受、存儲用戶程序和數據。接受、存儲用戶程序和數據。 按掃描方式接收來自輸入單元的數據和各狀態信息，并按掃描方

5、式接收來自輸入單元的數據和各狀態信息，并存入相應的數據存儲區。存入相應的數據存儲區。 執行監控程序和用戶程序，完成數據和信息的邏輯處理，執行監控程序和用戶程序，完成數據和信息的邏輯處理，產生相應的內部控制信號，完成用戶指令規定的各種操作。產生相應的內部控制信號，完成用戶指令規定的各種操作。 診斷電源故障及用戶程序語法錯誤并響應外部設備的請求。診斷電源故障及用戶程序語法錯誤并響應外部設備的請求。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理 （2）存儲器單元。存儲器是）存儲器單元。存儲器是PLC存放系統程序、用戶程序存放系統程序、用戶程序和運行數據的單元。它包括只讀存儲器（和運行數據的單元。它包括只讀存

6、儲器（ROM）和隨機存取存）和隨機存取存儲器（儲器（RAM）。只讀存儲器（）。只讀存儲器（ROM）在使用過程中只能取出）在使用過程中只能取出不能存儲，而隨機存取存儲器（不能存儲，而隨機存取存儲器（RAM）在使用過程中能隨時取）在使用過程中能隨時取出和存儲。只讀存儲器（出和存儲。只讀存儲器（ROM）按照其編程方式不同，可分為）按照其編程方式不同，可分為ROM、PROM、EPROM和和EEPROM等。等。用戶程序存儲器用戶程序存儲器：分為程序存儲區和數據存儲區。分為程序存儲區和數據存儲區。系統程序存儲區系統程序存儲區：存放存放PLC生產廠家編寫的系統生產廠家編寫的系統程序。程序。第2章 可編程序控

7、制器的結構和工作原理 （3）輸入）輸入/輸出單元。輸出單元。 PLC的對外功能主要是通過各類接口模塊的外接線，實現對的對外功能主要是通過各類接口模塊的外接線，實現對工業設備和生產過程的檢測與控制。通過各種輸入工業設備和生產過程的檢測與控制。通過各種輸入/輸出接口模輸出接口模塊，塊，PLC既可檢測到所需的過程信息，又可將處理結果傳送給外既可檢測到所需的過程信息，又可將處理結果傳送給外部過程，驅動各種執行機構，實現工業生產過程的控制。實際生部過程，驅動各種執行機構，實現工業生產過程的控制。實際生產中的信號電平多種多樣，外部執行機構所需電流也是多種多樣，產中的信號電平多種多樣，外部執行機構所需電流也

8、是多種多樣，而而PLC的的CPU所處理的只能是標準電平，由于輸入所處理的只能是標準電平，由于輸入/輸出模塊單輸出模塊單元與工業過程現場的各種信號直接相連，這就要求它有很好的信元與工業過程現場的各種信號直接相連，這就要求它有很好的信號適應能力和抗干擾性能。因此，在輸入號適應能力和抗干擾性能。因此，在輸入/輸出模塊單元中，一輸出模塊單元中，一般均配有電子變換、光耦合器和阻容濾波等電路，以實現外部現般均配有電子變換、光耦合器和阻容濾波等電路，以實現外部現場的各種信號與系統內部統一信號的匹配和信號的正確傳遞，場的各種信號與系統內部統一信號的匹配和信號的正確傳遞，PLC正是通過了這種接口實現了信號電平的

9、轉換。正是通過了這種接口實現了信號電平的轉換。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理 輸入、輸出接口：輸入、輸出接口：采用光電隔離，實現了采用光電隔離，實現了PLC的內部電的內部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。輸出接口作用輸出接口作用：將主機向外輸出的信號轉換成可以驅動外將主機向外輸出的信號轉換成可以驅動外部執行電路的信號，以便控制接觸器線圈等電器通斷部執行電路的信號，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計算機與外部強電隔離。電；另外輸出電路也使計算機與外部強電隔離。輸出三種形式：輸出三種形式： 繼電器繼電器 - 低速大功率低速大功

10、率 晶閘管晶閘管 - 高速大功率高速大功率 晶體管晶體管 - 高速小功率高速小功率輸入接口作用輸入接口作用：將按鈕、行程開關或傳感器等產生的信號，將按鈕、行程開關或傳感器等產生的信號，轉換成數字信號送入主機。轉換成數字信號送入主機。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理（一）輸入接口電路：（一）輸入接口電路：采用采用光電耦合器，防止強電干擾。光電耦合器，防止強電干擾。COM光電三極管光電三極管發光二極管發光二極管直流電源直流電源輸入端子輸入端子+PLCXn+24V發光二極管發光二極管第2章 可編程序控制器的結構和工作原理繼電器輸出繼電器輸出（二）輸出接口電路：（二）輸出接口電路：以以繼電器形式

11、為例繼電器形式為例：PLC內內部部電電路路內內部部電電路路J+交流電源或交流電源或直流電源直流電源YCOM-第2章 可編程序控制器的結構和工作原理 為適應工業過程現場對不同輸入為適應工業過程現場對不同輸入/輸出信號的匹配要求，輸出信號的匹配要求，PLC配置了各種類型的輸入配置了各種類型的輸入/輸出模塊單元。其中常用的有以下輸出模塊單元。其中常用的有以下幾種類型：幾種類型： 開關量輸入單元：開關量輸入單元： 開關量輸出單元：開關量輸出單元： 模擬量輸入單元：模擬量輸入單元： 模擬量輸出單元：模擬量輸出單元： 智能輸入智能輸入/輸出單元：輸出單元：第2章 可編程序控制器的結構和工作原理 智能輸入智

12、能輸入/輸出單元還有輸出單元還有位置控制智能單元位置控制智能單元、閥門控制智閥門控制智能單元能單元等類型。智能輸入等類型。智能輸入/輸出單元為輸出單元為PLC的功能擴展和性能的功能擴展和性能提高提供了極為有利的條件。隨著智能輸入提高提供了極為有利的條件。隨著智能輸入/輸出單元品種的輸出單元品種的增加，增加，PLC的應用領域將越來越廣泛，的應用領域將越來越廣泛，PLC的主機最終將變為的主機最終將變為一個中央信息處理機，對與之相連的各種智能輸入一個中央信息處理機，對與之相連的各種智能輸入/輸出單元輸出單元的信息進行綜合處理。的信息進行綜合處理。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理 （4）I/O擴

13、展接口。擴展接口。I/O擴展接口是擴展接口是PLC主機為了擴展輸主機為了擴展輸入入/輸出點數和類型的部件，輸入輸出點數和類型的部件，輸入/輸出擴展單元、遠程輸入輸出擴展單元、遠程輸入/輸輸出擴展單元、智能輸入出擴展單元、智能輸入/輸出單元等都通過它與主機相連。輸出單元等都通過它與主機相連。 （5）外設）外設I/O接口。外設接口。外設I/O接口是接口是PLC主機實現人機對主機實現人機對話、機機對話的通道。通過它，話、機機對話的通道。通過它，PLC可以和編程器、彩色圖形可以和編程器、彩色圖形顯示器、打印機等外設相連，也可以與其他顯示器、打印機等外設相連，也可以與其他PLC或上位計算機或上位計算機連

14、接。外設連接。外設I/O接口一般是接口一般是RS232C或或RS485串行通信接口，該串行通信接口，該接口的功能是進行串行接口的功能是進行串行/并行數據的轉換，通信格式的識別，并行數據的轉換，通信格式的識別，數據傳輸的出錯檢驗，信號電平的轉換等。對于一些小型數據傳輸的出錯檢驗，信號電平的轉換等。對于一些小型PLC，外設外設I/O接口中還有與專用編程器連接的數據接口。接口中還有與專用編程器連接的數據接口。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理各種接口、高功能模塊：各種接口、高功能模塊：便于擴展便于擴展 小型機：小型機：一體機。有接口可擴展。一體機。有接口可擴展。 第2章 可編程序控制器的結構和工

15、作原理Power in a Small Package!電源模塊CPU模塊IO模塊底 板中、大型機：中、大型機：模塊式。可根據需要在主板上隨意組合模塊式。可根據需要在主板上隨意組合。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理 （6）電源。電源單元是）電源。電源單元是PLC的電源供給部分。它的作用的電源供給部分。它的作用是把外部供應的電源變換成系統內部各單元所需的電源，有的是把外部供應的電源變換成系統內部各單元所需的電源，有的電源單元還向外提供直流電源，給與開關量輸入單元連接的現電源單元還向外提供直流電源，給與開關量輸入單元連接的現場電源開關使用。電源單元還包括掉電保護電路和后備電池電場電源開關使用

16、。電源單元還包括掉電保護電路和后備電池電源，以保持源，以保持RAM在外部電源斷電后存儲的內容不丟失。在外部電源斷電后存儲的內容不丟失。PLC的電源一般采用開關電源，其特點是輸入電壓范圍寬，體積小，的電源一般采用開關電源，其特點是輸入電壓范圍寬，體積小，質量輕，效率高，抗干擾性能好。質量輕，效率高，抗干擾性能好。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理 2. 輸入輸入/輸出擴展環節輸出擴展環節 輸入輸入/輸出擴展環節是輸出擴展環節是PLC輸入輸出單元的擴展部件，當用輸入輸出單元的擴展部件，當用戶所需的輸入戶所需的輸入/輸出點數或類型超出主機的輸入輸出點數或類型超出主機的輸入/輸出單元所允許輸出單元

17、所允許的點數或類型時，可以通過加接輸入的點數或類型時，可以通過加接輸入/輸出擴展環節來解決。輸出擴展環節來解決。 3. 外部設備外部設備 (1) 編程器。它是編制、調試編程器。它是編制、調試PLC用戶程序的外部設備，是用戶程序的外部設備，是人機交互的窗口。人機交互的窗口。 除了上述專用的編程器外，還可以利用微機配上除了上述專用的編程器外，還可以利用微機配上PLC生產廠生產廠家提供的相應的軟件包來作為編程器，這種編程方式已成為家提供的相應的軟件包來作為編程器，這種編程方式已成為PLC發展的趨勢。現在，有些發展的趨勢。現在，有些PLC不再提供編程器，而只提供微機編不再提供編程器，而只提供微機編程軟

18、件，并且配有相應的通信連接電纜。程軟件，并且配有相應的通信連接電纜。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTL WLORR WRANY WYSTX WXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTC EVTMT SVACLRENTBAFEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLR手持式的編程器手持式的編程器第2章 可編程序控制器的結構和工作原理 (2) 彩色圖形顯示器。大中型彩色圖形顯示器。大中型PLC通常配接彩色圖形顯示器，通常配接彩色圖形顯示器，用以顯示模擬生產過程的流

19、程圖、實時過程參數、趨勢參數及用以顯示模擬生產過程的流程圖、實時過程參數、趨勢參數及報警參數等過程信息，使得現場控制情況一目了然。報警參數等過程信息，使得現場控制情況一目了然。 (3) 打印機。打印機。PLC也可以配接打印機等外部設備，用以打印也可以配接打印機等外部設備，用以打印記錄過程參數、系統參數以及報警事故記錄表等。記錄過程參數、系統參數以及報警事故記錄表等。 PLC還可以配置其他外部設備，例如，配置存儲器卡、盒還可以配置其他外部設備，例如，配置存儲器卡、盒式磁帶機或磁盤驅動器，用于存儲用戶的應用程序和數據；配式磁帶機或磁盤驅動器，用于存儲用戶的應用程序和數據；配置置EPROM寫入器，用

20、于將程序寫入到寫入器，用于將程序寫入到EPROM中。中。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理2.1.2 可編程序控制器的軟件系統可編程序控制器的軟件系統 PLC除了硬件系統外，還需要軟件系統的支持，它們相輔除了硬件系統外，還需要軟件系統的支持，它們相輔相成，缺一不可，共同構成相成，缺一不可，共同構成PLC系統。系統。PLC的軟件系統由系統的軟件系統由系統程序（又稱系統軟件）和用戶程序（又稱應用軟件）兩大部分程序（又稱系統軟件）和用戶程序（又稱應用軟件）兩大部分組成。組成。 1. 系統程序系統程序 系統程序由系統程序由PLC的制造企業編制，固化在的制造企業編制，固化在PROM或或EPROM中，

21、安裝在中，安裝在PLC上。系統程序包括系統管理程序、用上。系統程序包括系統管理程序、用戶指令解釋程序和供系統調用的標準程序模塊等。戶指令解釋程序和供系統調用的標準程序模塊等。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理 2. 用戶程序用戶程序 用戶程序是根據生產過程控制的要求由用戶使用制造企業用戶程序是根據生產過程控制的要求由用戶使用制造企業提供的編程語言自行編制的應用程序。用戶程序包括開關量邏提供的編程語言自行編制的應用程序。用戶程序包括開關量邏輯控制程序、模擬量運算程序、閉環控制程序和操作站系統應輯控制程序、模擬量運算程序、閉環控制程序和操作站系統應用程序等。用程序等。 例如：開關量邏輯控制程序

22、。它是例如：開關量邏輯控制程序。它是PLC用戶程序中最重要用戶程序中最重要的一部分，一般采用梯形圖或功能塊圖等編程語言編制。不同的一部分，一般采用梯形圖或功能塊圖等編程語言編制。不同的的PLC制造企業提供的編程語言有不同的形式，至今還沒有一制造企業提供的編程語言有不同的形式，至今還沒有一種能全部兼容的編程語言。種能全部兼容的編程語言。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理2.2 可編程序控制器的工作過程與工作原理可編程序控制器的工作過程與工作原理2.2.1 可編程序控制器的工作過程可編程序控制器的工作過程 PLC上電后，就在系統程序的監控下，周而復始地按固定上電后，就在系統程序的監控下，周而復

23、始地按固定順序對系統內部的各種任務進行查詢、判斷和執行，這個過程順序對系統內部的各種任務進行查詢、判斷和執行，這個過程實質上是一個不斷循環的順序掃描過程。一個循環掃描過程稱實質上是一個不斷循環的順序掃描過程。一個循環掃描過程稱為掃描周期。為掃描周期。 PLC采用周期掃描機制，簡化了程序設計，提高了系統可采用周期掃描機制，簡化了程序設計，提高了系統可靠性。具體表現在：在一個掃描周期內，前面執行的任務結果靠性。具體表現在：在一個掃描周期內，前面執行的任務結果立即就可被后面將要執行的任務所用；可以通過設定一個監視立即就可被后面將要執行的任務所用；可以通過設定一個監視定時器來監視每個掃描周期的時間是否

24、超過規定值，避免某個定時器來監視每個掃描周期的時間是否超過規定值，避免某個任務進入死循環而引起的故障。任務進入死循環而引起的故障。PLC的工作過程如下圖所示。的工作過程如下圖所示。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理PLC的工作過程啟 動初始化運行監控處理中斷與編程器交換信息處理中斷與數字處理器交換信息處理中斷與外部設備交換信息處理中斷執行用戶程序輸入/輸出信息處理處理中斷上電初始化上電初始化CPU自診斷自診斷通信信息處理通信信息處理輸入刷新輸入刷新執行用戶程序執行用戶程序輸出刷新輸出刷新外部設備服務外部設備服務第2章 可編程序控制器的結構和工作原理 PLC在一個掃描周期內基本上要執行以上六

25、個任務：在一個掃描周期內基本上要執行以上六個任務： （1）運行監控任務。）運行監控任務。CPU自診斷工作的一部分。為了保證自診斷工作的一部分。為了保證系統可靠工作，系統可靠工作，PLC內部設置了系統監視定時器內部設置了系統監視定時器WDT，由它來，由它來監視掃描周期是否超時。監視掃描周期是否超時。PLC在每個掃描周期內都要對在每個掃描周期內都要對WDT進進行復位操作，如果不能執行該任務，則行復位操作，如果不能執行該任務，則WDT的計時會超過設定的計時會超過設定值，也就是掃描周期超過了規定時間，這表明系統的硬件或用值，也就是掃描周期超過了規定時間，這表明系統的硬件或用戶軟件發生了故障。當戶軟件發

26、生了故障。當WDT超時后，它會自動發出故障報警信超時后，它會自動發出故障報警信號，并停止號，并停止PLC的運行。的運行。WDT的時間設定值一般為掃描周期的的時間設定值一般為掃描周期的23倍，通常為倍，通常為100200 ms，很多，很多PLC可以由用戶根據實際應可以由用戶根據實際應用情況通過硬件或軟件來設定。用情況通過硬件或軟件來設定。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理輸入點總有輸入映象區的某一輸入點總有輸入映象區的某一位與之相對應位與之相對應 I/O映象區的大小與系統控映象區的大小與系統控制的規模有關制的規模有關 PLC工作時，將采集到的輸入信號狀態存放在輸入工作時，將采集到的輸入信號狀

27、態存放在輸入映象區對應的位上；將運算的結果存放到輸出映象區對應映象區對應的位上；將運算的結果存放到輸出映象區對應的位上。的位上。PLC在執行用戶程序時所需在執行用戶程序時所需“輸入繼電器輸入繼電器”、“輸出繼電器輸出繼電器”的數據取用于的數據取用于I/O映象區，而不直接與外部映象區，而不直接與外部設備發生關系設備發生關系 。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理2.2.2 可編程序控制器的輸入可編程序控制器的輸入/輸出過程輸出過程 PLC的工作方式是周期掃描方式，所以其輸入的工作方式是周期掃描方式，所以其輸入/輸出過程是輸出過程是定時進行的，即在每個掃描周期內只進行一次輸入和輸出的操定時進行的

28、，即在每個掃描周期內只進行一次輸入和輸出的操作。在進行輸入操作時，首先啟動輸入單元，把現場信號轉換作。在進行輸入操作時，首先啟動輸入單元，把現場信號轉換成數字信號后全部讀入，然后進行數字濾波處理，最后把有效成數字信號后全部讀入，然后進行數字濾波處理，最后把有效值放入輸入信號狀態暫存區；在進行輸出操作時，首先把輸出值放入輸入信號狀態暫存區；在進行輸出操作時，首先把輸出信號狀態暫存區中的信號全部送給輸出單元，然后進行傳送正信號狀態暫存區中的信號全部送給輸出單元，然后進行傳送正確性檢查，最后啟動輸出單元把數字信號轉換成現場信號輸出確性檢查，最后啟動輸出單元把數字信號轉換成現場信號輸出給執行機構。對用

29、戶程序而言，要處理的輸入信號是輸入信號給執行機構。對用戶程序而言，要處理的輸入信號是輸入信號狀態暫存區的信號，而不是實際的信號。運算處理后的輸出信狀態暫存區的信號，而不是實際的信號。運算處理后的輸出信號被放入輸出信號狀態暫存區中，而不是直接輸出到現場的。號被放入輸出信號狀態暫存區中，而不是直接輸出到現場的。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理 所以在用戶程序執行的這一周期內，其處理的輸入信號不所以在用戶程序執行的這一周期內，其處理的輸入信號不再隨現場信號的變化而變化再隨現場信號的變化而變化；與此同時，；與此同時，雖然輸出信號狀態暫雖然輸出信號狀態暫存區中信號隨程序執行的結果不同而不斷變化，但

30、是實際的輸存區中信號隨程序執行的結果不同而不斷變化，但是實際的輸出信號是不變的，在輸出過程中，只有最后一次操作結果對輸出信號是不變的，在輸出過程中，只有最后一次操作結果對輸出信號起作用。出信號起作用。PLC周期性的輸入周期性的輸入/輸出處理方式對一般控制對輸出處理方式對一般控制對象而言是能夠滿足的，但是對那些要求響應時間小于掃描周期象而言是能夠滿足的，但是對那些要求響應時間小于掃描周期的控制系統則不能滿足，這時可以用智能型輸入的控制系統則不能滿足，這時可以用智能型輸入/輸出單元或專輸出單元或專門的軟件指令，通過與掃描周期脫離的方式來解決。門的軟件指令，通過與掃描周期脫離的方式來解決。第2章 可

31、編程序控制器的結構和工作原理用戶程序的循環掃描過程用戶程序的循環掃描過程 可編程序控制器對用戶程序進行循環掃描可分為三個階段進行，即輸入采樣階段，程序執行階段和輸出刷新階段。 第2章 可編程序控制器的結構和工作原理輸入、輸出延遲響應 輸入電路濾波時間，它由輸入電路濾波時間，它由RC濾波電路的時間常數決定。濾波電路的時間常數決定。改變時間常數可調整輸入延遲時間。改變時間常數可調整輸入延遲時間。 PLC循環掃描的工作方式循環掃描的工作方式 輸出電路的滯后時間，它與輸出電路的輸出方式有關。輸出電路的滯后時間，它與輸出電路的輸出方式有關。繼電器輸出方式的滯后時間為繼電器輸出方式的滯后時間為10ms左右

32、；雙向晶閘管輸出左右；雙向晶閘管輸出方式，在接通負載時滯后時間約為方式，在接通負載時滯后時間約為1ms，切斷負載時滯后，切斷負載時滯后時間小于時間小于10ms；晶體管輸出方式的滯后時間小于；晶體管輸出方式的滯后時間小于1ms。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理CPU讀輸入讀輸入輸入輸出延遲時間輸入輸出延遲時間最短響應時間最短響應時間輸入輸入/輸出輸出刷新時間刷新時間最短響應時間最短響應時間=輸入延遲時間輸入延遲時間+一個掃描周期一個掃描周期+輸出延遲時間輸出延遲時間第2章 可編程序控制器的結構和工作原理CPU讀輸入讀輸入輸入輸入/輸出輸出刷新時間刷新時間輸入輸出延遲時間輸入輸出延遲時間最長

33、響應時間最長響應時間最長響應時間最長響應時間=輸入延遲時間輸入延遲時間+兩個掃描時間兩個掃描時間+輸出延遲時間輸出延遲時間第2章 可編程序控制器的結構和工作原理2.2.3 可編程序控制器的中斷輸入處理過程可編程序控制器的中斷輸入處理過程 PLC的中斷輸入處理方法同一般計算機系統是基本相同的，的中斷輸入處理方法同一般計算機系統是基本相同的，即當有中斷申請信號輸入后，系統要中斷正在執行的相關程序即當有中斷申請信號輸入后，系統要中斷正在執行的相關程序而轉向執行中斷子程序；當有多個中斷源時，它們將按中斷的而轉向執行中斷子程序；當有多個中斷源時，它們將按中斷的優先級有一個先后順序的排隊處理。系統可以通過

34、程序設定允優先級有一個先后順序的排隊處理。系統可以通過程序設定允許中斷或禁止中斷。許中斷或禁止中斷。 PLC對中斷的響應不是在每條指令執行結束后進行，而是對中斷的響應不是在每條指令執行結束后進行，而是在掃描周期內某一個任務完成后進行的。在掃描周期內某一個任務完成后進行的。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理PLC工作過程特點小結工作過程特點小結 PLC采用集中采樣、集中輸出的方式，這種方式減少了外采用集中采樣、集中輸出的方式，這種方式減少了外界干擾的影響。界干擾的影響。 PLC的工作過程是循環掃描的過程，循環掃描時間的長短的工作過程是循環掃描的過程，循環掃描時間的長短取決于指令執行速度、用戶

35、程序的長度等因素。取決于指令執行速度、用戶程序的長度等因素。 輸出對輸入的響應有滯后現象。輸出對輸入的響應有滯后現象。PLC采用集中采用集中采樣、集中采樣、集中輸出的工作方式，當采樣階段結束后，輸入狀態的變化將要輸出的工作方式，當采樣階段結束后，輸入狀態的變化將要等到下一個采樣周期才能被接收，因此這個滯后時間的長短等到下一個采樣周期才能被接收，因此這個滯后時間的長短又主要取決于循環周期的長短。此外，影響滯后時間的因素又主要取決于循環周期的長短。此外，影響滯后時間的因素還有輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后時間等。還有輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后時間等。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理P

36、LC工作過程特點小結工作過程特點小結 輸出映像寄存器的內容取決于用戶程序掃描執行的結果。輸出映像寄存器的內容取決于用戶程序掃描執行的結果。輸出鎖存器的內容由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器輸出鎖存器的內容由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數據決定。中的數據決定。 PLC當前實際的輸出狀態由輸出鎖存器的內容決定。當前實際的輸出狀態由輸出鎖存器的內容決定。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理2.2.4 可編程序控制器的工作原理可編程序控制器的工作原理 PLC的工作原理與計算機的工作原理是基本一致的。它通的工作原理與計算機的工作原理是基本一致的。它通過執行用戶程序來實現控制任務。但是，在時間上

37、，過執行用戶程序來實現控制任務。但是，在時間上，PLC執行執行的任務是串行的，與繼電器邏輯控制系統中控制任務的執行有的任務是串行的，與繼電器邏輯控制系統中控制任務的執行有所不同。所不同。 從從PLC的工作過程可以看到，整個工作過程是以循環掃描的工作過程可以看到，整個工作過程是以循環掃描的方式進行的。循環掃描方式是指在程序執行過程的周期中，的方式進行的。循環掃描方式是指在程序執行過程的周期中，程序對各個過程輸入信號進行采樣，對采樣的信號進行運算和程序對各個過程輸入信號進行采樣，對采樣的信號進行運算和處理，并把運算結果輸出到生產過程的執行機構中。處理，并把運算結果輸出到生產過程的執行機構中。第2章

38、 可編程序控制器的結構和工作原理2.3 可編程序控制器的編程語言和程序結構可編程序控制器的編程語言和程序結構2.3.1 可編程序控制器的編程語言可編程序控制器的編程語言 PLC為用戶提供了完整的編程語言，以適應編制用戶程序為用戶提供了完整的編程語言，以適應編制用戶程序的需要。的需要。PLC提供的編程語言通常有以下幾種：梯形圖、指令提供的編程語言通常有以下幾種：梯形圖、指令表和功能塊圖。下面以表和功能塊圖。下面以S7-200系列系列PLC為例加以說明。為例加以說明。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理 1. 梯形圖梯形圖(LAD) 梯形圖梯形圖(LAD)編程語言是從繼電器控制系統原理圖的基礎編

39、程語言是從繼電器控制系統原理圖的基礎上演變而來的。上演變而來的。PLC的梯形圖與繼電器控制系統的梯形圖的基的梯形圖與繼電器控制系統的梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號和表達方式上有一定區別。本思想是一致的，只是在使用符號和表達方式上有一定區別。 圖圖2.8是一個典型的梯形圖。左右兩條垂直的線稱作母線。是一個典型的梯形圖。左右兩條垂直的線稱作母線。母線之間是觸點的邏輯連接和線圈的輸出。母線之間是觸點的邏輯連接和線圈的輸出。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理圖2.8 典型的梯形圖母線ABCDEFM( )( )母線Q第2章 可編程序控制器的結構和工作原理PLC的梯形圖與繼電氣控制線路圖的本

40、質區別：的梯形圖與繼電氣控制線路圖的本質區別：PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，但是梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，但是這些繼電器并不是真實的物理繼電器，而是這些繼電器并不是真實的物理繼電器，而是“軟繼電器軟繼電器”。 PLC梯形圖中仍然保留了動合觸點和動斷觸點的名稱，這梯形圖中仍然保留了動合觸點和動斷觸點的名稱，這些觸點的接通或斷開，取決于其線圈是否得電。在梯形圖中，些觸點的接通或斷開，取決于其線圈是否得電。在梯形圖中，當程序掃描到某個繼電器觸點時，就去檢查其線圈是否當程序掃描到某個繼電器觸點時，就去檢查其線圈是否“得得電電”，即去檢查與之對應的那個存儲單元的狀態

41、是，即去檢查與之對應的那個存儲單元的狀態是“1”還是還是“0”。若該觸點是動合觸點，就取它的原狀態；若該觸點是。若該觸點是動合觸點，就取它的原狀態；若該觸點是動斷觸點就取它的反狀態。動斷觸點就取它的反狀態。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理PLC的梯形圖與繼電氣控制線路圖的本質區別：的梯形圖與繼電氣控制線路圖的本質區別： PLC梯形圖中的各種繼電器觸點的串并聯連接，實質上是梯形圖中的各種繼電器觸點的串并聯連接，實質上是將對應這些基本單元的狀態依次取出來，進行將對應這些基本單元的狀態依次取出來，進行“邏輯與邏輯與”、“邏輯或邏輯或”等邏輯運算。等邏輯運算。CPU對進行這些邏輯運算的次數是沒對

42、進行這些邏輯運算的次數是沒有限制的，因此，在編程時可無限次使用各種繼電器的觸點，有限制的，因此，在編程時可無限次使用各種繼電器的觸點，且可根據需要采用動合或動斷的形式。且可根據需要采用動合或動斷的形式。注意：梯形圖程序中同一個繼電器號的線圈只能使用一次。注意：梯形圖程序中同一個繼電器號的線圈只能使用一次。繼電器控制線路中，左、右兩側的母線為電源線，在電源線繼電器控制線路中，左、右兩側的母線為電源線，在電源線中間的各個支路上都加有電壓，當某個或某些支路滿足接通條中間的各個支路上都加有電壓，當某個或某些支路滿足接通條件時，就會有電流流過觸點和線圈；而在件時，就會有電流流過觸點和線圈；而在PLC梯形

43、圖，左側梯形圖，左側（或兩側）的垂線為邏輯母線，每一個支路均從邏輯母線開始，（或兩側）的垂線為邏輯母線，每一個支路均從邏輯母線開始，到線圈或其他輸出功能結束。到線圈或其他輸出功能結束。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理 梯形圖的一個關鍵概念是梯形圖的一個關鍵概念是“能流能流”(Power Flow)，這僅是概，這僅是概念上的念上的“能流能流”。在梯形圖圖中，把左邊的母線假想為電源。在梯形圖圖中，把左邊的母線假想為電源“火火線線”，而把右邊的母線假想為電源，而把右邊的母線假想為電源“零線零線”。如果有。如果有“能流能流”從從左至右流向線圈，則線圈被激勵；如果沒有左至右流向線圈，則線圈被激勵；

44、如果沒有“能流能流”，則線圈未，則線圈未被激勵。被激勵。 “能流能流”可以通過被激勵可以通過被激勵(ON)的常開接點和未被激勵的常開接點和未被激勵(OFF)的常閉接點自左向右流。的常閉接點自左向右流。“能流能流”在任何時候都不會通過接點自在任何時候都不會通過接點自右向左流。右向左流。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理 要強調指出的是，引入要強調指出的是，引入“能流能流”的概念，僅僅是為了和繼的概念，僅僅是為了和繼電接觸器控制系統相比較，以對梯形圖有一個深入的認識，其電接觸器控制系統相比較，以對梯形圖有一個深入的認識，其實實“能流能流”在梯形圖中是不存在的。在梯形圖中是不存在的。 有的有的P

45、LC的梯形圖有兩根母線，但大部分的梯形圖有兩根母線，但大部分PLC現在只保留現在只保留左邊的母線了。在梯形圖中，觸點代表邏輯左邊的母線了。在梯形圖中，觸點代表邏輯“輸入輸入”條件，如條件，如開關、按鈕、內部條件等；線圈通常代表邏輯開關、按鈕、內部條件等；線圈通常代表邏輯“輸出輸出”結果，結果，如燈、電機接觸器、中間繼電器等。對如燈、電機接觸器、中間繼電器等。對S7-200系列系列PLC來說，來說，還有一種輸出還有一種輸出“盒盒”(方塊圖方塊圖)，它代表附加的指令，如定時，它代表附加的指令，如定時器、計數器和功能指令等。梯形圖語言簡單明了，易于理解，器、計數器和功能指令等。梯形圖語言簡單明了，易

46、于理解，是所有編程語言的首選。是所有編程語言的首選。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理PLC的梯形圖與繼電氣控制線路圖的本質區別：的梯形圖與繼電氣控制線路圖的本質區別： 在繼電器控制線路圖中，各個并聯電路是同時加電壓，并在繼電器控制線路圖中，各個并聯電路是同時加電壓，并行工作的，由于實際元件動作的機械慣性，可能會發生觸點競行工作的，由于實際元件動作的機械慣性，可能會發生觸點競爭現象。在梯形圖中，各個編程元件的動作順序是按掃描順序爭現象。在梯形圖中，各個編程元件的動作順序是按掃描順序依次執行的，或者說是按照串行的方式工作的，執行時是自上依次執行的，或者說是按照串行的方式工作的，執行時是自上而

47、下，從左到右，串行掃描，不會發生觸點競爭現象。而下，從左到右，串行掃描，不會發生觸點競爭現象。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理第2章 可編程序控制器的結構和工作原理第2章 可編程序控制器的結構和工作原理PLC的梯形圖與繼電氣控制線路圖的本質區別：的梯形圖與繼電氣控制線路圖的本質區別： PLC梯形圖中的輸出線圈只對應存儲器中的輸出映像區的梯形圖中的輸出線圈只對應存儲器中的輸出映像區的相應位，不能用該編程元件直接驅動現場機構，必須通過指定相應位，不能用該編程元件直接驅動現場機構，必須通過指定的輸出繼電器，經的輸出繼電器，經I/O接口上對應的輸出單元（或輸出端子）接口上對應的輸出單元（或輸出端

48、子）才能驅動現場執行機構。才能驅動現場執行機構。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理 2. 指令表指令表(STL) 指令表指令表(STL)編程語言類似于計算機中的助記符語言，它編程語言類似于計算機中的助記符語言，它是可編程序控制器最基礎的編程語言。所謂指令表編程，是用是可編程序控制器最基礎的編程語言。所謂指令表編程，是用一個或幾個容易記憶的字符來代表可編程序控制器的某種操作一個或幾個容易記憶的字符來代表可編程序控制器的某種操作功能。功能。 圖圖2.9是一個簡單的是一個簡單的PLC程序，圖程序，圖(a)是梯形圖程序，圖是梯形圖程序，圖(b)是相應的指令表。一般來說，指令表編程適合于熟悉是相應的

49、指令表。一般來說，指令表編程適合于熟悉PLC和有和有經驗的程序員使用。經驗的程序員使用。第2章 可編程序控制器的結構和工作原理圖2.9 基本指令應用舉例(a) 梯形圖； (b) 指令表I0.0( )( )I0.1Q0.0Q0.0Q0.1( )M0.1I0.5I0.3I0.4( )Q0.2M0.1(a)(b)LDOALDNALDNANI0.0Q0.0I0.1Q0.0I0.5Q0.1I0.3M0.1I0.4M0.1Q0.2第2章 可編程序控制器的結構和工作原理 3. 功能塊圖功能塊圖(FBD) S7-200系列系列PLC專門提供了專門提供了FBD編程語言，利用編程語言，利用FBD可以可以查看到像普通邏輯門圖形的邏輯盒指令。它沒有梯形圖編程器查看到像普通邏輯門圖形的邏輯盒指令。它沒有梯形圖編程器中的觸點和線圈，但有與之等價的指令，